UNIDERP ANHANGUERA EDUCACIONAL Eletromagnetismo e Eletricidade Aplicada Profo Irineu Cssio Gudin

RELATRIO TCNICO-CIENTFICO Experincia : Geradores Eltricos

Campo Grande Novembro/2009

Autores: Marcelo Jos Santos Ferreira R.A. 1850000196 Robson Teixeira R.A. 113992 Csar Augusto R.A. 64324

Determinar, experimentalmente, a resistncia interna, a fora eletromotriz e a corrente de curto-circuito de um gerador.

RESUMO

Atravs da teoria abordada sobre geradores eltricos,realizar a medio de

tenso para cada mudana de resistncia eltrica efetuada atravs do

potencimetro. Usando uma matriz de contato e formatando os circuitos com um

potencimetro, um resistor e uma fonte varivel. Objetivando a medio da

resistncia interna, a fora eletromotriz e a corrente de curto-circuito dos geradores

montados.

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SUMRIO

1. Teoria -------------------------------------------------------------------------------------------------042. Material Experimental ----------------------------------------------------------------------------083. Procedimento Experimental --------------------------------------------------------------------094. Exerccios--------------------------------------------------------------------------------------------185.Concluso---------------------------------------------------------------------------------------------136. Bibliografia-------------------------------------------------------------------------------------------14

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1) TEORIA

Geradores eltricos so dispositivos que mantm entre seus terminais uma

diferena de potencial, obtida a partir de uma converso de outro tipo de energia

em energia eltrica. Essa converso pode ser de vrias formas, destacando-se os

geradores que transformam energia mecnica , qumica e trmica em energia

eltrica, denominados respectivamente de geradores eletromecnicos,

eletroqumicos e eletrotrmicos.

Como exemplo de geradores temos as pilhas e baterias, que a partir de uma

reao qumica separam as cargas eltricas positivas das negativas provocando o

aparecimento de uma tenso eltrica entre dois terminais denominados plos.

Como geradores eletromecnicos temos dnamos e os alternadores, que a

partir de um movimento mecnico geram geram respectivamente energia eltrica

contnua e alternada.

Como geradores termoeltricos temos o par termoeltrico em que dois metais

diferentes recebem calor e proporcionalmente geram uma tenso entre seus

terminais.

Um gerador eltrico alimentando uma carga deve fornecer tenso e corrente

que esta exigir. Portanto, na realidade, o gerador fornece tenso e corrente.

O gerador ideal aquele que fornece uma tenso constante, denominada de

Fora Eletromotriz (E), qualquer que seja a corrente exigida pela carga. Seu smbolo e sua curva caracterstica, tenso em funo da corrente, so mostrados na

figura 1:

Figura 1 (a) Gerador ideal; (b) Curva caracterstica de um gerador ideal.

4

(a)

E V

I (b)

V E

I0

O gerador real perde energia internamente, portanto a tenso de sada no

ser constante, sendo atenuada com o aumento da corrente exigida pela carga.

Podemos representar essa perda de carga com uma resistncia interna (r) e,

consequentemente, o gerador real como um gerador ideal em srie com esta

resistncia, conforme mostra a figura 2:

Figura 2 - Gerador real.

Do circuito equivalente ao gerador real, observamos que a resistncia interna

causa uma queda de tenso de sada, quando ele estiver alimentando uma carga.

Essa situao mostrada na figura 3:

Figura 3 Gerador real alimentando uma carga.

Aplicando a lei de Ohm, podemos escrever:

Onde:

Da equao obtemos a curva caracterstica do gerador real, que vista na

figura 4:

5

E V r

Equao do gerador real

L

EIr R

=

+( )LE r R I= + LE r I R I= +

LR I V V E r I = =

E

V r V r R L

I

Figura 4 Caracterstica de um gerador real.

Pela curva notamos que, ao aumentarmos o valor da corrente, a tenso

diminui, e quando atingir o valor zero, teremos um valor de corrente que

denominada corrente de curto-circuito(Icc), pois nessas condies o gerador encontra-se curto-circuitado.

A caracterstica completa mostrada na figura 5:

Figura 5: Caracterstica completa de um gerador real.

Na condio de curto-circuito, temos que:

A corrente de curto-circuito, bem como a resistncia do gerador, deve ser

obtida experimentalmente, ou seja, levantando a curva caracterstica do gerador e

extraindo dela esses dois parmetros, conforme apresenta em seguida a figura 6:

Figura 6 Curva caracterstica de um gerador real.

6

V E

I0

V E

I0 I CC

V E r I= 0 ccE r I= cc EI r=

V E

I0

(V

I

Onde:

Exemplo:O grfico da figura 7 representa a curva caracterstica de um gerador.

Determinar a resistncia interna, a corrente de curto-circuito e a equao do gerador.

Figura 7 Curva caracterstica de um gerador.

7

Vr tgI

= =

e cc

EIr

=

I(A)0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0

10

8

6

4

2

(

V(V)

Vr tgI

= =

9 6 3

1r = =

9 33cc

EI Ar

= = =: 9 3Equao V I=

2) MATERIAL EXPERIMENTAL

Fonte Varivel(Minipa Power Supply MPS3003)

Multmetro(Minipa ET-2083B)

Matriz de contato Protoboard - (Toyo-MSB-300)

Pontas de prova(faz parte do multmetro)

Cabo de conexo banana-jacar(conexo entre a fonte varivel e a protoboard)

Potencimetro Trim-Pot 1K

Dois resistores: de 100 e 1K.

8

3) PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

O primeiro passo foi ajustar a fonte varivel em 5V, para isso usamos os

cabos de conexo banana-jacar e inserimos na fonte, conectamos o multmetro

(funo voltmetro) fonte unindo as pontas de prova com os conectores banana-

jacar e ajustamos a voltagem (escala 20V). Logo aps, desconectando o

multmetro do sistema.

O segundo passo foi a montagem do primeiro circuito em srie utilizando o

protoboard, um resistor de 100(100R 5% 5W), a fonte varivel e o potencimetro..

Circuito explicitado na figura 8:

Figura 8 Circuito em srie com potencimetro.

O terceiro passo foi a medio da tenso entre os pontos A e B. Para isso,

entra-se no circuito com as pontas de prova do multmetro em paralelo e se mede a

tenso, com o potencimetro no ligado ao circuito. A tenso como era esperado a

mesma da fonte, de 5V.

O quarto passo foi dado com a entrada do potencimetro no circuito e

realizadas as medies de tenso e corrente, conforme eram diminudos os valores

de resistncia do potencimetro (ajustados atravs do giro de sua haste regulvel).

Para mear a corrente, a entrada no circuito deve ser em srie, para isso

desconectamos o potencimetro do circuito e fechamos novamente com a entrada

do multmetro possibilitando a nova passagem de corrente e realizando a medida. A

medida da tenso sempre com entrada em paralelo no circuito. Cada medio foi

feita utilizando as bases da matriz de contato e usando as pontas de prova do

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multmetro. Para ajustar o potencimetro foi necessrio apenas a conexo em

paralelo com o multmetro, utilizando as pontas de prova. Sendo que as escalas

utilizadas para Ohms, corrente e tenso foram, respectivamente, 2K, 20mA e 20V

para todo o experimento.

Com isso obtivemos a seguinte tabela:

Tabela 1 Gerador 1.

Repetimos o mesmo procedimento substituindo o resistor de 100 por outro

resistor de 1K. Sendo a tenso entre A e B a mesma da fonte, 5V. Resultando na

tabela abaixo:

Tabela 2 -Gerador 2.

4) EXERCCIOS PROPOSTOS

4.1) Com os dados obtidos, construir a curva caracterstica do gerador V=F(I) para ambos os casos.

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1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100V(V) 4,55 4,51 4,45 4,38 4,29 4,17 4,00 3,74 3,32 2,50I(mA) 4,50 4,90 5,50 6,16 7,02 8,20 9,81 12,27 16,06 24,70

R()

1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100V(V) 2,52 2,38 2,23 2,07 1,88 1,66 1,41 1,12 0,83 0,46I(mA) 2,50 2,65 2,79 2,95 3,15 3,36 3,61 3,91 4,20 4,57

R()

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

I(mA)

V(V)

Curva caracterstica do gerador_1 V=F(I)

4.2) Determine as resistncias internas e as correntes de curto-circuito por intermdio das curvas.

Obs: Valores esperados devido ao fato que o resistor do gerador 1 possui margem de erro de 5% e o resistor 2 possui margem de 1%. Mas podemos afirmar que na hora do ajuste do potencimetro no foi to eficiente a medio. Porm o valor obtido est dentro do padro.

4.3) Escrever as equaes dos geradores.

4.4) Determine a equao do gerador da figura 9, sabendo que, estando a chave S na posio 1, o voltmetro indica 9V e o miliampermetro 600mA, e quando na posio 2, o voltmetro indica 9,6V e o miliampermetro 480mA.

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0

1

2

3

4

5

6

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00

I(mA)

V(V)

Curva caracterstica do gerador_2 V=F(I)

5 2,5 101,21 _10,0247

5 49,4 _1101,215 0,46 993,44 _ 20,00457

5 5,03 _ 2993,44

cc

cc

r tg Gerador

EI mA Geradorr

r tg Gerador

EI mA Geradorr

= =

= =

= =

= =

5 101,21 _15 993,44 _ 2

V I GeradorV I Gerador

Figura 9.

4.5) Um gerador em vazio apresenta uma tenso de sada igual a 15V. Quando ligarmos aos terminais deste uma lmpada de 6W, ela ir consumir uma corrente de 500mA. Escreva a equao desse gerador.

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r

15E 20

1 2

mA

V

S

1 1

2 2

15 020 0

0,6 15 0,6 00,48 20 0, 48 0

0,6 9 00,48 9,6 0

512

12 5

E r I IE r I I

E rE r

E rE r

rE V

V I

=

=

=

=

=

=

= =

=

6 0,512

15 12 60,5

1515 6

P V IV

V V

r

E VV I

=

=

=

= =

=

=

5) CONCLUSO

Podemos afirmar que os procedimentos foram realizados com sucesso e as medies esto de acordo com a teoria, devido coerncia dos dados, respeitando as faixas de tolerncia dos resistores propostos e os ajustes finos do potencimetro.

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6) BIBLIOGRAFIA

1) Capuano, Francisco Gabriel; Mendes Marino, Maria Aparecida. Laboratrio de Eletricidade e Eletrnica. 19a Edio. Editora: rica.

2) Notas de aulas de Eletromagnetismo e Eletricidade Aplicada. Autores.

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